Доклад на тему «Исаак Ньютон»

Введение

На уроках физики имя Ньютона звучит постоянно. Единица силы называется ньютоном, в седьмом классе изучают три закона Ньютона, в девятом — закон всемирного тяготения, а в оптике школьники разлагают белый свет призмой, повторяя его знаменитый опыт. Трудно найти другого учёного, вклад которого в школьный курс был бы так же велик, и при этом о самом Ньютоне как о человеке мы обычно знаем только историю с упавшим яблоком.

Жизнь Исаака Ньютона пришлась на эпоху, когда наука только становилась самостоятельной областью знания. В Англии одна за другой случались гражданская война, эпидемия чумы и Великий лондонский пожар, а учёные спорили о том, можно ли описать движение планет и падение камня одними и теми же законами. Ньютон показал, что можно, и тем самым заложил основы того, что мы теперь называем классической механикой.

Ньютон был не только физиком. Он создал вместе с Лейбницем математический анализ, построил первый работающий зеркальный телескоп, около тридцати лет руководил Монетным двором Англии и был президентом Лондонского королевского общества. Рассказать обо всём этом в коротком докладе невозможно, поэтому основное внимание уделено главным открытиям и тому, как они связаны со школьным курсом физики.

Цель доклада — рассказать о жизни Исаака Ньютона и его главных научных открытиях. Задачи: описать основные этапы биографии учёного; рассказать о его работах по механике, оптике и математике; показать, где открытия Ньютона применяются сегодня.

Доклад подготовлен по учебникам физики, научно-популярным биографиям Ньютона и справочной литературе.

Глава 1. Жизнь и открытия Исаака Ньютона

1.1 Детство и годы учёбы

Исаак Ньютон родился 25 декабря 1642 года по юлианскому календарю, который тогда действовал в Англии, в деревне Вулсторп в графстве Линкольншир. По современному календарю это 4 января 1643 года. Отец, фермер, умер за три месяца до рождения сына, а сам мальчик родился недоношенным и таким слабым, что, по семейному преданию, помещался в кувшин объёмом около литра. Когда Исааку было три года, мать вышла замуж повторно и переехала к новому мужу, оставив сына на попечении бабушки.

В школе в соседнем городке Грантеме, где он жил на квартире у аптекаря Кларка, Ньютон поначалу учился посредственно, зато с увлечением мастерил механические игрушки: водяные часы, солнечные часы, модель ветряной мельницы, в которой колесо вращала мышь. Мать хотела сделать из него фермера, но школьный учитель и дядя убедили её отправить юношу учиться дальше. В 1661 году Ньютон поступил в Тринити-колледж Кембриджского университета, где сначала был сайзером, то есть студентом, который оплачивал учёбу, прислуживая состоятельным товарищам.

1.2 «Чудесные годы» и открытия в оптике

Летом 1665 года в Англии началась эпидемия чумы, и университет закрыли. Ньютон уехал в родной Вулсторп и провёл там почти два года. Позднее он вспоминал, что именно тогда был в расцвете изобретательской силы: в эти месяцы он разработал основы математического анализа, начал опыты по разложению света и пришёл к идее, что сила, удерживающая Луну на орбите, та же, что заставляет падать тела на Земле. Историки называют 1665–1666 годы «чудесными годами» Ньютона.

Знаменитая история с яблоком, по-видимому, не выдумка. Её со слов самого Ньютона записал его младший друг Уильям Стьюкли: в старости учёный рассказывал, что мысль о тяготении пришла ему, когда он увидел падающее яблоко в саду. Вряд ли яблоко упало ему на голову, как часто рисуют в детских книжках, но то, что повседневное наблюдение натолкнуло его на мысль о всеобщем законе, похоже на правду. В саду усадьбы в Вулсторпе до сих пор растёт старая яблоня, которую считают той самой, а её черенки посажены возле многих университетов мира.

В оптике Ньютон сделал открытие, которое сегодня повторяют на уроке физики. Пропуская солнечный луч через стеклянную призму, он получил на стене радужную полосу и доказал, что белый свет состоит из лучей разных цветов, которые преломляются по-разному. До него считалось, что цвет добавляет сама призма. Ньютон поставил вторую призму и показал, что выделенный ею одноцветный луч уже не разлагается дальше, а собранные вместе цвета снова дают белый свет.

Из этого открытия вытекал практический вывод: линзы телескопов неизбежно окрашивают края изображения. Поэтому в 1668 году Ньютон построил телескоп, в котором свет собирает не линза, а вогнутое металлическое зеркало. Прибор длиной всего около 15 сантиметров увеличивал почти в 40 раз. В 1672 году Ньютона избрали членом Лондонского королевского общества, и с тех пор телескопы-рефлекторы его системы стали основой астрономии.

В те же годы Ньютон занимался математикой. Чтобы описывать движение, при котором скорость всё время меняется, ему понадобился новый способ вычислений, который он назвал методом флюксий. Сегодня его называют дифференциальным и интегральным исчислением. Немецкий философ Готфрид Лейбниц пришёл к тем же идеям независимо и раньше опубликовал их, а придуманные им обозначения оказались удобнее и используются до сих пор. Спор о первенстве между сторонниками двух учёных растянулся на десятилетия и испортил отношения английских и европейских математиков.

1.3 «Математические начала натуральной философии»

Главный труд Ньютона вышел в 1687 году на латинском языке под названием «Математические начала натуральной философии». Началось всё с разговора в 1684 году. Астроном Эдмунд Галлей, тот самый, чьим именем названа комета, приехал в Кембридж и спросил Ньютона, по какой кривой двигалась бы планета, если бы Солнце притягивало её с силой, обратно пропорциональной квадрату расстояния. Ньютон сразу ответил, что по эллипсу, и пояснил, что давно это вычислил, но не смог найти свои записи. Галлей уговорил его изложить расчёты заново, а потом на собственные деньги оплатил печать книги, потому что у Королевского общества средств не нашлось. В «Началах» сформулированы три закона движения и закон всемирного тяготения, а из них математически выведены законы движения планет, открытые Кеплером, приливы и отливы, движение комет и сжатие Земли у полюсов.

Таблица 1 — Главные открытия Исаака Ньютона и их место в школьном курсе

Значение «Начал» трудно переоценить. Впервые одна теория объяснила и падение камня, и полёт ядра, и движение планет вокруг Солнца. Спустя более чем полтора века, в 1846 году, на основе законов Ньютона по отклонениям в движении Урана была вычислена орбита неизвестной планеты, и Нептун нашли именно там, где его предсказали. Основные события жизни учёного показаны на рисунке 1.

После выхода «Начал» Ньютон стал самым знаменитым учёным Англии, но его жизнь вскоре резко изменилась. Как он руководил Монетным двором, почему поссорился с Лейбницем и Гуком и где его открытия применяются сегодня, рассказывается во второй главе доклада.

Стоит упомянуть хотя бы одну неожиданную сторону его жизни. В 1696 году Ньютон переехал в Лондон и стал смотрителем, а затем управляющим Монетного двора. Англия тогда переживала денежный кризис: серебряные монеты обрезали по краям, а фальшивомонетчики выпускали поддельные. Ньютон руководил перечеканкой всей монеты страны, сам допрашивал подозреваемых и добивался сурового наказания для фальшивомонетчиков. Должность считалась почётной синекурой, но он относился к ней со всей серьёзностью и оставался на ней до самой смерти. Умер Ньютон в марте 1727 года и был похоронен в Вестминстерском аббатстве, рядом с королями. Находившийся тогда в Лондоне Вольтер писал, что Англия похоронила учёного, как хоронят монарха, который сделал много добра своим подданным.